БУРОИНЪЕКЦИОННЫЕ КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СВАИ, РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНЫХ РАБОТ ПО КОМПЕСАЦИОННОМУ НАГНЕТАНИЮ В РЕЖИМЕ ГИДРОРАЗРЫВА О.А. Шулятьев, канд.техн.наук, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова ОАО «НИЦ «Строительство» И.К. Попсуенко, канд.техн.наук, ООО «Элитгеотехник» Лауреаты премии Правительства Российской Федерации Причины, величины технологических осадок и способы их минимизации при цементации № Вид Способ п/п фундаменто усиления в 1 Бутовые и кирпичные ленточные, столбчатые, плитные Цементация фундамен тов и контакта фундаментгрунт, инъекцион ное укрепление оснований Технологическ Причины ая осадка, технологичемм ских осадок 3-10* 1.Динамическое воздействие на фундамент и стены при бурении скважин для инъекций. 2.Повышенные влажность основания и длительность твердения инъекционных растворов в Способы минимизации технологических осадок 1. Увеличение промежутков времени между выполнением работ на соседних захватках (увеличение «разбежки»). 2.Применениеколонкового и алмазного сверления существующих фундаментов с извлечением выбуренного керна вместо ударного бурения. 3.Цементирование вначале контакта фундамент-грунт, и только после этого самого фундамента. 4.Использование ускорителей Причины, величины технологических осадок и способы их минимизации при устройстве буроинъекционных свай Бутовые, Буроинъек кирпичные, ционные бетонные сваи ленточные, столбчатые, плитные 5-20* 1.Повышенный вынос грунта при бурении скважин в объеме большем, чем объем бурового инструмента. 2.Динамическое воздействие на фундамент и основание при проходке скважин и устройствебурои нъекцион-ных свай. 3.Недостаточная Пассивные мероприятия: 1. Увеличение диаметра ствола (трубы) шнека 2. Уменьшение угла наклона скважин к вертикали 3. Снижение давления на грунт забоя скважины при бурении, снижение скорости проходки скважин с «расходкой» бурового инструмента и «затиркой» стенок скважины. 4. Применение бурового става с встроенными струйными мониторами по патенту РФ № 109475 [4]. 5.Применение бурового снарядапо патенту РФ №2255183 [5]. Применение бурового става с встроенными струйными мониторами по патенту РФ № 109475 1 ‒ скважина; 2 ‒ полый герметичный буровой шнек; 3 ‒баровое долото со сдвижным золотником; 4 ‒ струйные мониторы, через которые под давлением 0,3-0,5 Мпа подается водоцементная струя; 5 ‒породоразрушающий инструмент барового долота; 6 ‒ полость уширение, заполненное смесью размытого грунта и водоцементной смесью Буровой снаряд для уплотнения грунта в скважине патенту № 2255183 1 ‒ буровой снаряд; 2, 3 ‒ верхний и нижний усеченный конусы; 4 ‒ буровая штанга (выполненная в виде трубы); 5‒породоразрушающий инструмент (шарошечное долото); 6 ‒ внутренний канал;7 ‒ входные отверстия; 8 ‒ патрубки; 9 ‒ выходные отверстия Буровой став по патенту РФ № 95687 1 ‒ первый буровой шнек (стандартного диаметра); 2 ‒ полый утолщенный герметичный шнек; 3 ‒ последующий буровой шнек; (стандартного диаметра); 4,5 ‒ соответственно суженная и обычная части скважины Увеличение несущей способности свай при их опрессовке повышенным давлением Приближенно оценить увеличение радиуса сваи и соответственно ее несущей способности можно, используя решение Лямэ для осесимметричного расширения цилиндра в упругой среде при действии внутреннего давления: 1+ϻ Δr= ptg2(45⁰-φ/2) r0 (6) 𝐸 где Δr -увеличение радиуса сваи при ее опрессовке давлением p; φ, ϻ, Е‒ соответственно угол внутреннего трения грунта, коэффициент Пуассона,модуль общей деформации грунта. После подстановки в приведенную формулу (6) характеристик грунта и давления опрессовки увеличение радиуса сваи получается порядка 10-15 мм, что равносильно увеличению несущей способности свай на 15-20%, что хорошо согласуется с результатами испытаний свай. Способ поддержания начального напряженно-деформированного состояния грунта в зоне фундамента существующего здания по патенту РФ №2422592 Технологическая схема способа по патенту РФ №2422592 [8] 1-технологическая скважина, 2-кондуктор, 3-фундамент, 4-скважинный монитор, 5-jet струя, 6,7 –размытые полости, 8-манжетные инъекторы, 9-пакер. Примеры применения буроинъекционно - компенсационных свай Конструкция бурового става с использованием патента № 95687 была применена при устройстве буроинъекционно - компенсационных свай диаметром 250 мм из бетона класса В25 для освоения подземного пространства Московской консерватории (2011 г). При усилении фундаментов Старооскольского горно-обогатительного комбината, 2008, был применен способ образования буроинъекционной сваи с уширением с помощью струйного монитора по патенту РФ № 109475. Конструкция бурового става с использованием патента № 95687 была применена при устройстве буроинъекционно - компенсационных свай диаметром 200 мм из бетона класса В25 при реконструкции Высшей школы экономики на Покровском бульваре и в настоящее время рекомендована для освоения подземного пространства Политехнического музея. Испытания свай , выполненных по различным технологиям Свая 4 ‒ выполненная с «размытыми» уширениями под нижним концом сваи диаметром 400 мм с помощью струйного монитора по патенту РФ № 109475. Буроинъекционная свая 6 диаметром 200 мм выполнена по патенту РФ № 95687. 1,2 ‒ сваи забивные, l=10м, 30х30 см; 3 ‒ буронабивная свая диаметром 400мм; 5 ‒ буроинъекционная свая по традиционной технологии диаметром 200 мм. Сваи выполненные по обычной и компенсационной технологиям Общий вид (А) извлеченных из грунта буроинъекционных опытных свай, выполненных по обычной технологии с использованием полых шнеков (слева ИСП-1) с давлением опрессовки 0,2 МПа (диаметр сваи 180 мм) и с вторым утолщенным шнеком по патенту РФ № 95687 (справа ИСП-2) с давлением опрессовки 0,5 МПа (увеличенный диаметр нижней части сваи с 200 мм до 220 мм). Испытания свай Результаты испытания свай (рис. 9), показали, что при одном и том же перемещении буроинъекционно – компенсационные сваи (Исп.2, 3) воспринимают большую нагрузку (более чем на 20 %), чем буроинъекционные, выполненные по традиционной технологии. Нагрузка (т.) -1 0 5 10 15 20 25 Осадка сваи (мм) 0 1 - Исп.3 2 3 4 5 - Исп.2 - Исп.1 30 Трехкратная манжетная цементация грунтов в режиме гидроразрыва Результаты Между инъекторами произошло соединение форм цементации в одну сплошную вертикальную стенку мембрану; -Сплошность мембраны гарантирует такое изменение напряженного состояния, которое обеспечивает отсутствие влияния выемки на основание близрасположенного здания за счет компенсационного изменения напряженного состояния грунта и отсечки его от массива грунта, подверженного релаксации напряжений в нем от экскавации; - В результате гидроразрывной цементации происходит уплотнение грунтов, что позволяет, кроме применения его в геотехническом баръере, рекомендовать этот метод для уплотнения слабых, насыпных и др. видов грунтов, нуждающихся в улучшении их свойств Выводы Технологические осадки буроинъекционных свай можно значительно уменьшить и в ряде случаев исключить, применяя повышенное давление опрессовки буроинъекционных свай. Повышенное давление опрессовки компенсирует уменьшение давления в грунте при буренни скважин и тем самым исключает технологические осадки. Повышенное давление опрессовки можно создавать, используя конструкции бурового инструмента и технологические приемы, описанные в докладе . Наряду с исключением технологических осадок при повышенном давлении опрессовки происходит увеличение несущей способности буроинъекционных свай на 15-20 %, что целесообразно учитывать при проектировании. Опытные работы по геотехническому баръеру показали: - Между инъекторами произошло соединение форм цементации в одну сплошную вертикальную стенку мембрану; -Сплошность мембраны гарантирует такое изменение напряженного состояния, которое обеспечивает отсутствие влияния выемки на основание близрасположенного здания за счет компенсационного изменения напряженного состояния грунта и отсечки его от массива грунта, подверженного релаксации напряжений в нем от экскавации; - В результате гидроразрывной цементации происходит уплотнение грунтов, что позволяет, кроме применения его в геотехническом баръере, рекомендовать этот метод для уплотнения слабых, насыпных и др. видов грунтов, нуждающихся в улучшении их свойств